JPH08260917A - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】内燃機関の弁開閉時期制御装置に関し、ギヤ付
きピストンを軸方向に移動するものにおいて、簡単な構
成で、ギヤのバックラッシを完全に零とする装置を提供
する。 【構成】ピストン１８は、一端に第１内歯１９ａを他端
に第２内歯２０ａをもつ外郭部材２１と、第１内歯に隣
接した第１シザース歯２２ａ及び第２内歯に隣接した第
２シザース歯２２ｂをもつ遊動部材２２と、付勢部材２
３とで構成する。付勢部材によって第１内歯と第１シザ
ース歯はカムシャフト１１と一体の第１外歯部材１３に
バックラッシ零で係合し、第２内歯と第２シザース歯は
カムシャフトに対し回動自在の第２外歯部材１５にバッ
クラッシ零で係合する。更に、第１，第２外歯部材は歯
筋が互い違いに異なるヘリカル状であり、ピストンを軸
方向に移動した時、第１外歯が歯筋の回転方向に回動し
第２外歯はみかけ上静止してカムシャフトをプーリ１２
に対し移相する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カムシャフトとタイミ
ングプーリとの間に介在させたピストンにより内燃機関
における吸，排気バルブの開閉タイミング制御を行う弁
開閉時期制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの動弁機構には、タイミングプ
ーリ（以下、プーリと略す）に対するカムシャフトの相
対位相を進相又は遅相させることにより、バルブの開閉
時期を変更して、エンジンの出力やアイドル安定性の向
上等を図る弁開閉時期制御装置が含まれる。

【０００３】図５には従来の弁開閉時期制御装置の一例
が示されている。この従来装置は、カムシャフト１の端
部に、該カムシャフト１の周方向に移相可能にプーリ２
が嵌装され、このプーリ２とカムシャフト１との間に形
成された環状の軸方向室３内に内外にヘリカルギヤをも
つピストン４が収嵌されている。具体的に、軸方向室３
は、ノックピン５を介してカムシヤフト１と一体化され
たケース６がプーリ２のシャフト包囲部分を密閉して形
成されている。そして、ケース６の内周壁にはヘリカル
状の内歯車６ａが形成され、プーリ２のシャフト周回部
分の外周壁にはヘリカル状の外歯車２ａが形成されてい
る。これら内歯車６ａと外歯車２ａに対応して上記ピス
トン４の内外周にも、ヘリカル状の外歯車４ａと内歯車
４ｂが形成され、該ピストン４の外歯車４ａがケース６
の内歯車６ａと係合し、該ピストン４の内歯車４ｂがプ
ーリ２の外歯車２ａと係合するようになっている。

【０００４】一方、ピストン４を駆動する駆動手段は、
カムシャフト１内を延在して軸方向室３の一端に連通さ
れた通路７と、該通路７に吐出側通路が接続された油圧
ポンプ、油圧制御弁等の油圧制御部（図示略）と、軸方
向室３の他端側に配設されたばね部材８とを主に構成さ
れている。従って、このような弁開閉時期制御装置によ
れば、油圧制御部がエンジンの運転状況に応じて作動油
圧をコントロールすると、ばね部材８との相互作用によ
りピストン４が軸方向に移動され、カムシャフト１とプ
ーリ２を強制的に相対回動させる。これにより、例えば
高負荷運転時には、吸気バルブを閉じるタイミングを進
めるようにプーリ２に対するカムシャフト１の位相を変
更して高出力を得たり、低負荷運転時には吸気バルブを
閉じるタイミングが遅れるように同カムシャフト１の位
相を変更して燃焼の安定性向上等を図るのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記弁開閉
時期制御装置は、ピストン４がプーリ２及びカムシヤフ
ト１のそれぞれの歯車に噛合する構成であるから、それ
らの噛合部分に所謂バックラッシが存在する。このバッ
クラッシの存在のために、バルブスプリングの力がカム
シャフト１に交番荷重的に作用してカムシャフト１の回
転トルクに変動を生じさせる。このカムシャフト１に変
動トルクが生じると、噛み合い時の衝撃音を生起した
り、甚だしい場合には、吸、排気バルブを開閉するタイ
ミングが不安定になるという問題がある。

【０００６】そこで、図５の従来装置では、カムシャフ
ト１と一体に設けたケース６の外周に粘性ダンパ手段９
を介在させ、上記変動トルクを吸収している。ただし、
この粘性ダンパ手段９は、プーリ及びカムシャフトとの
バックラッシを零とするものではない。また、特公平５
−７７８４２号公報には、プーリとカムシャフトとの間
に収嵌した筒状で内外周にギヤ付きの歯車（ピストン４
に相当）を、軸直角平面で２分割した二つの歯車構成体
の形態とし、これら二つの歯車構成体を相互の歯筋を僅
かにずらすとともに、弾性部材を介して連結した構成が
記載されている。

【０００７】この公報に記載された２分割のピストンに
よれば、歯車構成体が離間した状態で、相互の歯筋が僅
かにずれているため、プーリ及びカムシャフトのヘリカ
ルギヤとの噛合部分をバックラッシ零の状態にできる。
しかしながら、上記各従来装置は、ピストンの内外周に
歯車を設け、それぞれプーリとカムシャフトの各対応す
る歯車に係合させているため、構成が複雑となるととも
に、ピストンの内外周への歯車創成工程並びにプーリと
カムシャフトへの歯車創成工程が必要になって加工コス
トの高騰を招く。

【０００８】また、低油圧作動性を要求する最近の動向
に対し、例えば上記公報の従来装置における両歯車構成
体のうち少なくとも一方の受圧面積を広げるため外径を
大きくしようとすると、プーリ径の制約により、要請以
上に歯車構成体の外径を拡大できない場合がある。上記
従来技術の実情に鑑み、本発明は、カムシャフト側のギ
ヤへピストンを係合させるだけの簡単な構成でバックラ
ッシ零の状態を実現するとともに、プーリ径に制約され
ることなく受圧面積を大きくできて低油圧駆動に適合さ
せる技術を提供することを解決すべき課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した請求
項１の発明は、カムシャフトと一体的に形成され歯筋が
ほぼヘリカル状の第１外歯と、該第１外歯と軸方向に隣
接し上記カムシャフトに回動自在に設けられ、かつ、第
１外歯とは歯筋が互い違いに異なるほぼヘリカル状の第
２外歯と、該第１外歯及び第２外歯の歯形成面を一内壁
として上記カムシャフトと上記タイミングプーリとの間
に形成された軸方向室と、該軸方向室に収嵌された次の
要素からなる複合内歯部材であって、上記第１外歯と係
合した第１内歯及び上記第２外歯と係合した第２内歯を
それぞれ有する外郭部材と、該外郭部材の内側に収嵌さ
れて軸方向に遊動でき、上記第１内歯に隣接した位置に
上記第１外歯と係合した第１シザース歯を有し、上記第
２内歯に隣接した位置に上記第２外歯と係合した第２シ
ザース歯を有する遊動部材と、上記外郭部材内で上記遊
動部材を軸方向の一方に付勢して上記第１外歯に対する
第１内歯及び第１シザース歯の関係並びに上記第２外歯
に対する第２内歯及び第２シザース歯の関係をそれぞれ
バックラッシ零とする付勢部材とを有したピストンとを
具備する。

【００１０】請求項２の発明は、上記外郭部材が、大径
で円盤状の受圧部と、該受圧部に連設し小径で上記遊動
部材を収嵌した筒状部とから構成され、上記受圧部が上
記プーリから離れて位置し、上記筒状部が上記プーリの
内側に位置されることを特徴とする。ここで、ほぼヘリ
カル状の外歯とは、通常のヘリカルギヤとヘリカルスプ
ラインを含む。

【００１１】

【作用】請求項１の発明において、ピストンをなす複合
内歯部材は、外郭部材に対し遊動部材が軸方向に僅かに
移動できる。付勢手段は、外郭部材内で上記遊動部材を
軸方向の一方に付勢する。この遊動部材が軸方向の一方
に付勢された状態では、例えば外郭部材の第１内歯と遊
動部材の第１シザース歯とは互いに離間し合い、該第１
内歯と第１シザース歯とは第１外歯に対してバックラッ
シ零で係合する。また、外郭部材の第２内歯と遊動部材
の第２シザース歯とは互いに近接し合い、該第２内歯と
第２シザース歯とは、上記第１外歯と歯筋方向が異なる
第２外歯に対してバックラッシ零で係合する。

【００１２】従って、上記各係合状態をもつピストンに
駆動手段の作用力がかかると、第２外歯は、ピストンに
より第１外歯の歯筋方向に回転されようとするモーメン
トのストッパとして機能し、ピストンは軸方向の両方に
バックラッシ零の状態を保持し、変動トルクに起因する
バックラッシによる異音の発生を防止しつつつ、プーリ
に対するカムシャフトの相対位相を変更することができ
る。

【００１３】請求項２の発明によれば、大径で円盤状の
受圧部を、プーリから離れて位置させたことにより、プ
ーリ径に制約されることなく受圧面積を大きくできて低
油圧駆動に適合させることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の弁開閉時期制御装置を図示の
実施例に基づいて説明する。図１において、カムシャフ
ト１１にはプーリ１２が相対移相可能に嵌装されてお
り、プーリ１２から突出したカムシャフト１１の一端部
分には、歯筋がほぼヘリカル状の第１外歯１３ａをもつ
固定歯部材１３がキーピン１４を介して一体的に結合さ
れている。該固定歯部材１３に隣接したプーリ１２との
間には、該カムシャフト１１に対して回動し、上記固定
歯部材１３の第１外歯１３ａとは、図２に示すようにヘ
リカル状の歯筋方向を違えた第２外歯１５ａをもつ回動
歯部材１５が装着されている。

【００１５】上記プーリ１２の内周面と、上記固定歯部
材１３及び回動歯部材１５の歯形成面とのなす環状の空
間は、ハウジング１６によって密閉されて軸方向室１７
を構成している。ところで、軸方向室１７には、以下の
部材からなるピストン１８が収嵌されている。即ち、ピ
ストン１８は、図３に分解して示すうよに、本発明のフ
ランジ部を構成する円盤状の受圧部１９及び該受圧部１
９にボルトＶによりフランジ結合される筒状部２０から
なる外郭部材２１と、上記筒状部２０内に若干軸方向に
摺動可能に収嵌される段付き筒状の遊動部材２２と、該
遊動部材２２の段部と上記受圧部１９との間に圧縮状態
で介装されるコイルスプリング等の付勢部材２３とから
構成される。

【００１６】具体的に、受圧部１９は、その中央孔に第
１内歯１９ａが形成され、筒状部２０には、上記受圧部
１９とは反対側の絞った内周部に第２内歯２０ａが形成
される。遊動部材２２には、上記第１内歯１９ａに隣接
させた一端の内周に第１シザース歯２２ａが形成される
とともに、上記第２内歯２０ａに隣接させた他端の内周
に第２シザース歯２２ｂが形成される。

【００１７】上記付勢部材２３は、上記第１内歯１９ａ
と第１シザース歯２２ａとの間に若干の間隙Ｓが生起さ
れるように該遊動部材２２を上記第２外歯部材１５側に
付勢しており、この付勢された状態で第１内歯１９ａと
第１シザース歯２２ａとは第１外歯部材１３の外歯１３
ａに係合している。また、上記付勢部材２３の作用によ
り、上記第２内歯２０ａと第２シザース歯２２ｂも若干
の間隙Ｓ′をもつ状態で互いに近接し合い、この状態で
該第２内歯２２ａと第２シザース歯２２ｂとは第２外歯
１５ａに係合している。

【００１８】次に、上記ピストン１８をエンジンの運転
状況に応じて往復動させる駆動手段は、カムシャフト１
１を延在して軸方向室１７の一端側と連通した通路２６
と、軸方向室１７の他端側と連通した通路２７と、該各
通路２６及び２７の油圧を制御する油圧制御部（図示
略）とから構成され、油圧制御部のアクチュエータがＥ
ＣＵからの制御信号によって操作されることにより、ピ
ストン１８を軸方向室１７内を往復動させるようになっ
ている。

【００１９】上記構成の弁開閉時期制御装置において、
第１外歯１３ａに対する第１内歯１９ａ及び第１シザー
ス歯２２ａの係合状態は、図４（Ａ）のようになり、第
２外歯１５ａに対する第２内歯２０ａ及び第２シザース
歯２２ｂの係合状態は図４（Ｂ）のようになる。即ち、
付勢手段２３が遊動部材２２を軸方向の一方Ｄ方向に付
勢すると、第１シザース歯２２ａと第１内歯１９ａとに
間隙Ｓが、第２シザース歯２２ｂと第２内歯２０ａとに
間隙Ｓ′が生じる。このとき、第１外歯１３ａに対する
第１シザース歯２２ａ及び第１内歯１９ａの係合状態
と、第２外歯１５ａに対する第２シザース歯２２ｂ及び
第２内歯２０ａの係合状態は、それぞれ実質的な歯厚が
第１外歯１３ａ及び第２外歯１５ａの歯溝にほぼ合致
し、両方共バックラッシ零となる。

【００２０】また、第１内歯１９ａ及び第２シザース歯
２２ｂが係合した第２外歯１５ａは、その歯筋が外歯１
３ａの歯筋と互い違いの方向に形成されているため、ピ
ストン１８を軸方向に移動したとき、ピストン１８によ
り第１外歯１３ａの歯筋に沿って回動しようとするモー
メントのストッパとして機能し、カムシャフト１１に対
し相対回動する。

【００２１】従って、ピストン１８の軸方向への直動に
よってカムシャフト１１はプーリに対し移相されること
になる。具体的に、ピストン１８を例えば矢視Ｄ方向に
直動させる作動油圧がかかると、ピストン１８は第１外
歯１３ａを矢視Ｅ方向に駆動する。これによりカムシャ
フト１１は同Ｅ方向に回動（左回動）される。このカム
シャフト１１の回動は、カムシャフト１１とピストン１
８とのバックラッシ零の状態でなされ、変動トルクに起
因したバックラッシによるギヤ噛合い時の衝撃音を防止
して安定な弁開閉時期制御を可能する。

【００２２】このような実施例の構成では、以下のよう
な数々の利点がある。 （１）ピストン側の内歯群とカムシャフト側の外歯群と
を係合させ、かつ、一部の外歯がカムシャフトに対し回
動自在であるため、内外に歯を形成する従来の構成に比
し、加工が容易であり、かつ、各歯の係合状態を調整す
るには、外郭部材と遊動部材とを軸方向にずらすだけで
簡単に行うことができるので、組付け性が良好となり、
加工精度も要求されないため、生産コストを低廉化する
効果は多大である。

【００２３】（２）とりわけ、加工精度については、従
来の構成では、一つの歯車構成体の外歯に対する内歯を
基準に他方の歯車構成体の内外歯車を正確に位置合わせ
する必要があるが、本発明では、外歯の一方がカムシャ
フトに対して回動自在で軸方向に若干の移動が許容され
るので、位置合わせの問題を生じない。 （３）外歯と内歯の噛合部分が軸方向に並んで一重の噛
合部分だけであり二重となる従来装置に比し径方向への
ピストン全体の膨大を回避してプーリ径の制約に対応で
きる。

【００２４】（４）更に、上記実施例において、付勢部
材２３はカムシャフト１１の径よりやや大きな一つの部
材で構成されるため、ピストン１８の径への影響は小さ
い。これに対し従来装置では、ピストン（歯車）中にそ
の軸方向長さのほぼ全体を占めて弾性部材、スプリング
等の付勢部材を放射状に介装しているので、ピストン径
を増大している。この点でも実施例は、径方向へのピス
トン１８全体の膨大を回避し得る。

【００２５】（５）上記のごとく径方向へのピストン１
８全体の膨大を回避し得ることにより、外郭部材２１の
一端部即ち、受圧部１９だけを大径にできる。そして、
この大径の部分をプーリ１２の取付け位置から離すこと
により、プーリ径に制約されることなく受圧面積を大き
くできて低油圧駆動に適合させることができるという効
果が生じる。

【００２６】（６）更に、従来の構成の場合、内外周に
歯車があるので、外歯車は最外周のハウジングの内歯車
と係合されることになり、バックラッシによる衝突音が
直接聞こえやすいという欠点がある。これに対し、本発
明では、全て内側に歯をもってきているので、音が直接
にハウジングに伝わらない。このためバッラッシを零と
する力、つまりギヤ摺動時の抵抗を下げることができ、
弁開閉時期制御装置に必要される応答性も良好となると
いう効果を奏する。

【００２７】なお、他の実施例として、例えば駆動手段
は、上記実施例のようにピストン１８を油圧のみで往復
直動させるもの限定することなく、一方はスプリング等
のばね手段に代えてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
の構成によれば、径方向に膨大せず、部品点数が少なく
て極めて簡潔な構成によって、変動トルクに起因したバ
ックラッシによる衝撃音を防止して安定な弁開閉時期制
御が可能となる。請求項２の構成によれば、請求項１に
従属して径方向への膨大が回避できるので、受圧部だけ
を大径の広面積とし、かつ、プーリから離す措置を採る
ことにより、プーリ径に制約されることなく受圧面積を
大きくできて低油圧駆動に適合させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る弁開閉時期制御装置
を示す断面図である。

【図２】 上記実施例でカムシャフトに装着される第１
外歯と第２外歯の関係を示す説明図である。

【図３】 上記実施例に用いるピストンの分解斜視図で
ある。

【図４】 上記実施例により第１外歯及び第２外歯の両
方のバックラッシが両側で零となることを説明するため
の説明図である。

【図５】 この種の弁開閉時期制御装置の従来の一例を
示す断面図である。

【符号の説明】

１１…カムシャフト、１２…プーリ、１３…固定歯部材
１３（第１外歯部材）、１５…回動歯部材（第２外歯部
材）、１７…軸方向室、１８…ピストン、１９ａ…第１
内歯、２２ａ…第１シザース歯、２０ａ…第２内歯、２
１…外郭部材、２２…遊動部材、２２ｂ…第２シザース
歯、２３…付勢部材。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バルブの開閉駆動を行うためのカムシャ
   フトと、 該カムシャフトにその周方向への相対移相を可能に保持
   されたタイミングプーリと、 上記カムシャフトと一体的に形成され歯筋がほぼヘリカ
   ル状の第１外歯と、 該第１外歯と軸方向に隣接し上記カムシャフトに回動自
   在に設けられ、かつ、第１外歯とは歯筋が互い違いに異
   なるほぼヘリカル状の第２外歯と、 該第１外歯及び第２外歯の歯形成面を一内壁として上記
   カムシャフトと上記タイミングプーリとの間に形成され
   た軸方向室と、 該軸方向室に収嵌された次の要素からなる複合内歯部材
   であって、上記第１外歯と係合した第１内歯及び上記第
   ２外歯と係合した第２内歯をそれぞれ有する外郭部材
   と、該外郭部材の内側に収嵌されて軸方向に遊動でき、
   上記第１内歯に隣接した位置に上記第１外歯と係合した
   第１シザース歯を有し、上記第２内歯に隣接した位置に
   上記第２外歯と係合した第２シザース歯を有する遊動部
   材と、上記外郭部材内で上記遊動部材を軸方向の一方に
   付勢して上記第１外歯に対する第１内歯及び第１シザー
   ス歯の関係並びに上記第２外歯に対する第２内歯及び第
   ２シザース歯の関係をそれぞれバックラッシ零とする付
   勢部材とを有したピストンと、 該ピストンを上記軸方向室内で往復動させる駆動手段と
   を具備したことを特徴とする弁開閉時期制御装置。
2. 【請求項２】 上記外郭部材は、大径で円盤状のフラン
   ジ部と、該フランジ部に連設し小径で上記遊動部材を収
   嵌した筒状部とから構成され、上記フランジ部が上記プ
   ーリから離れて位置し、上記筒状部が上記プーリの内側
   に位置されることを特徴とする請求項１記載の弁開閉時
   期制御装置。